Abstrak--- Polysius  Vertical  Roller  Mill  adalah  coal  mill  yang digunakan  PT  Holcim  Indonesia  untuk  menggiling  batubara bituminous untuk bahan bakar rotary kiln. Dalam pengoperasiannya, salah satu komponen dari  Vertical Roller Mill mengalami kegagalan aus yaitu gritcone. Penelitian ini dilakukan untuk menganalisa perseberan ketebalan dari komponen gritcone dengan  disimulasikan  secara  dinamis  eksplisit  dan  berdasarkan kondisi  operasional.  Ketebalan  dinding  dipetakan  karena permukaan  yang  terkena  abrasi  terdapat  patahan  mikro  di permukaannya.    Penelitian  dilakukan  dengan  variasi  ketebalan 0.01  m,  dan  0.02  m  serta  variasi  desain  gritcone  dengan  radius bawah sebesar 0.165 m, 0.215 m, 0.265 m, 0.315 m, dan 0.365 m. Hasil  penelitian  menunjukkan  pengurangan  ketebalan  paling besar terjadi pada desain gritcone dengan radius 0.165 m dengan ketebalan  0.01  m  dan  0.02  m,  dengan  pengurangan  sebesar 1.423x10 -5 m dan 2.45x10 -5 m.
Kata Kunci: Analisa dinamis eksplisit, Vertical Roller Mill, aus, ketebalan, gritcone.

## I. PENDAHULUAN
T Holcim Indonesia Tbk. merupakan salah satu perusahaan yang  bergerak  di  bidang  material  bangunan  dengan  salah satu  produknya  yaitu  semen.  PT  Holcim  Indonesia  Tbk. mempunyai  4  plant  yang  tersebar  di  wilayah  Indonesia.  Plant tersebut  berada  di  Lhoknga  –  Aceh,  Narogong  –  Jawa  Barat, Cilacap  –  Jawa  Tengah,  dan  Tuban  –  Jawa  Timur.  Keempat plant ini memproduksi total sekitar 15 juta ton semen per tahun. Kegiatan  produksi  PT  Holcim  Indonesia  ditunjang  dengan fasilitas penggilingan semen dan terminal distribusi hingga ke Sumatra dan Kalimantan.
PT  Holcim  Indonesia  –  Tuban  Plant  memproduksi  semen dalam  3  tahapan  yaitu raw  material  extraction,  blending  and clinkerisation, dan grinding  and  distribution.  Raw  material extraction adalah  proses  dimana  limestone  dan  tanah  liat diekstraksi  menggunakan  metode drilling dan blasting .  Pada tahap blending  and  clinkerisation ,  bahan  mentah  diproses dalam rotary  kiln yang  beroperasi  menggunakan  batu  bara sebagai  bahan  bakarnya.  Batu  bara  yang  akan  menjadi  bahan bakar untuk kiln diproses dengan menggunakan vertical roller mill .  PT  Holcim  Indonesia  Tuban  Plant  mempunya  2 vertical roller mill yang terletak di Plant Tuban  1 dan Plant Tuban 2. Pada alat vertical roller mill terjadi kegagalan berupa patahan yang  terjadi  di  komponen gritcone .  Melihat terjadi  kegagalan yang  berulang  pada  komponen gritcone maka  dibutuhkan
evaluasi pada desain gritcone agar kerusakan dapat diatasi dan dicegah di kemudian hari.
Guna  mendapatkan  hasil  penelitian  yang  baik  untuk mengetahui  efektifitas  pada  desain  lama  maupun  baru,  dapat dilakukan  pemodelan  distribusi  tegangan  pada gritcone tersebut.  Beberapa  dekade  belakangan  ini,  telah  banyak dilakukan  eksperimen  dan  pemodelan  dengan  menggunakan konsep Explicit  Dynamic  (LS-Dyna) yang  bertujuan  untuk mengamati  interaksi  antara  partikel  batubara  dengan permukaan gritcone dan  distribusi  tegangan  pada  komponen gritcone.  Metode  pemodelan  secara  numerik  ini  banyak dilakukan karena dapat menjadi bahan evaluasi yang efektif dan efisien dalam penelitian.
Salah  satu  software  yang  menggunakan  prinsip  metode elemen  hingga  adalah  ANSYS.  Penggunaan  simulasi  dengan software  ANSYS  dilakukan  karena  lebih  efisien  waktu  dan harga. Dalam penelitian ini akan di lakukan analisis distribusi ketebalan  pada  desain  lama  dan  desain  baru gritcone  vertical roller mill dengan menggunakan software ANSYS/Mechanical APDL Ver 17.1 untuk memperoleh desain yang paling optimal

## II. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  komponen gritcone yang  material penyusunnya adalah Thyssenkrupp XAR® 400. Dengan ukuran geometri seperti Gambar 1 mechanical properties seperti pada Tabel 1.

## Tabel 1.
Mechanical Properties Thyssenkrupp XAR® 400 [1] Sifat mekanik XAR® 400 Kekuatan luluh (MPa) 1000 Kekuatan tarik (Mpa) 1250 Elongasi saat patah 10 % Energi impak (J) 27 Kekerasan (Brinnel) 400±30

## Analisa Pengaruh Desain Gritcone terhadap Pola Patahan Gritcone pada Vertical Roller Mill dengan simulasi Explicit Dynamic (LS-DYNA)
Andika Rizaldy, Mas Irfan P. Hidayat, dan Rochman Rochiem Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia e-mail : andika.rizaldy@gmail.com
P
Gambar 1. Ukuran Geometri Gritcone

## A. Pemodelan Gritcone
Dalam melakukan pemodelan gritcone vertical roller mill , langkah  pertama  yang  dilakukan,  menentukan Prefrences , dengan memiliki pilihan Structural dan LS-Dyna. Tipe elemen yang  akan  digunakan  pada  simulasi  pembebanan  termal  ini, yaitu menggunakan Shell 163 dan Mass 166.
B. Meshing
Melakukan  pembagian  benda  menjadi  elemen  –  elemen yang  lebih  kecil  yang  nantinya  akan  dilakukan  pemodelan simulasi  distribusi  perpindahan  panas. Meshing yang digunakan  adalah  meshing  area  dengan  ukuran  0.05,  dan metode free dengan elemen quadritical seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. Geometri Gritcone Setelah Dilakukan Meshing
C. Pemodelan Boundary Condition
Pada penelitian ini dilakukan analisis distribusi tegangan pada  masing-masing  desain  sehingga  pada  akhir  penelitian
dapat dilihat nilai tegangan terendah dan tertinggi  dari desain tersebut dan juga dapat diketahui titik-titik kritis dari komponen tersebut. Desain yang di analisis adalah sebagai berikut:
1. Desain asli, yaitu desain dengan geometri yang sama dengan  geometri  yang  telah  ada  tanpa  dilakukan modifikasi
2. Desain  dengan  modifikasi  kemiringan  dinding  grit cone  yaitu  pada  daerah  yang  mengalami  kerusakan kemiringan  dinding gritcone diperkecil  dengan demikian  diharapkan  konsentrasi  tegangan  pada dinding grit  cone akan  lebih  kecil  dibandingkan dengan desain asli grit cone Secara  garis  besar  rancangan  penelitian  yang  dilakukan  pada tugas akhir ini bisa dilihat pada tabel 2.
Tabel 2. Rancangan Penelitian Case Ukuran Partikel (µm) Gritcone Ketebalan (m) Atas (m) Bawah (m) 1 100 2.24 0.165 0.01 2 100 2.24 0.215 0.01 3 100 2.24 0.265 0.01 4 100 2.24 0.315 0.01 5 100 2.24 0.365 0.01 6 100 2.24 0.165 0.02 7 100 2.24 0.215 0.02 8 100 2.24 0.265 0.02 9 100 2.24 0.315 0.02 10 100 2.24 0.365 0.02

## D. Parameter Penelitian
Tabel  3  menunjukkan  pembebanan  termal  yang diberikan pada simulasi high pressure economizer :
Tabel 3.
Parameter penelitian Parameter Value Initial velocity on nodes (m/s2) Vx 0 Vy 0
Vz 0 Acceleration on nodes (m/s2) 9.81 Termination time (s)
2 III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## A. Desain Geometri dengan ketebalan 0.01 m
Dari simulasi yang telah dilakukan, untuk geometri dengan ketebalan  0.01  m  pada  dinding gritcone diperoleh  distribusi ketebalan yang dapat dilihat pada Gambar 4
Gambar  3  menunjukkan  distribusi  ketebalan  dinding gritcone setelah  disimulasikan.  Pada  desain gritcone dengan  radius bawah  sebesar  0.165  m,  didapat  area  pada  dinding  gritcone yang  memiliki  ketebalan  paling  rendah  dibandingkan  dengan area lainnya yaitu sebesar 0.00998577 m. Pada desain gritcone dengan  radius  bawah  0.215  m,  ketebalan  minimal  adalah 0.00998631 m. Desain gritcone dengan radius bawah 0.265 m, ketebelan  minimal  adalah  sebesar  0.00998769  m.  Desain gritcone dengan  radius  bawah  0.315  memiliki  ketebalan
sebesar  0.00999104  m. Desain gritcone yang  memiliki radius bawah  paling  besar,  0.365  m,  memiliki  ketebalan  minimal sebesar  0.00999149  m.  Hasil  menunjukkan  tren  menurunnya penipisan  yang  terjadi  pada  dinding  seiring  bertambahnya radius bawah dari gritcone. Hal  ini disebabkan semakin  besar radius  bawah  gritcone,  semakin  besar  sudut  impak  antara
Gambar 3.  Hasil Simulasi Geometri dengan ketebalan 0.01 m dan  radius  bawah  (a)  0.165  m,  (b)  0.215  m,  (c)  0.265  m,  (d) 0.315 m, (e) 0.365 m
(a) (b)
(d) (c) (e)
batubara  dengan  gritcone  yang  menyebabkan  penipisan semakin berkurang [2].

## B. Desain Geometri dengan ketebalan 0.02 m
Dari simulasi yang telah dilakukan, untuk geometri dengan ketebalan  0.01  m  pada  dinding gritcone diperoleh  distribusi ketebalan yang dapat dilihat pada Gambar 4
Gambar  4  menunjukkan  distribusi  ketebalan  dinding gritcone setelah  disimulasikan.  Pada  desain gritcone dengan  radius bawah  sebesar  0.165  m,  didapat  area  pada  dinding  gritcone yang  memiliki  ketebalan  paling  rendah  dibandingkan  dengan
Gambar 4.  Hasil Simulasi Geometri dengan ketebalan 0.02 m dan  radius  bawah  (a)  0.165  m,  (b)  0.215  m,  (c)  0.265  m,  (d) 0.315 m, (e) 0.365 m
(a) (b) (c) (d)
(e)
area lainnya yaitu sebesar 0.0199755 m. Pada desain gritcone dengan  radius  bawah  0.215  m,  ketebalan  minimal  adalah 0.0199812 m. Desain gritcone dengan radius bawah 0.265 m, ketebelan minimal adalah sebesar 0.019981 m. Desain gritcone dengan  radius  bawah  0.315  memiliki  ketebalan  sebesar 0.0199791  m.  Desain gritcone yang  memiliki  radius  bawah paling  besar,  0.365  m,  memiliki  ketebalan  minimal  sebesar 0.019981  m.  Hasil  menunjukkan  tren  menurunnya  penipisan yang terjadi pada dinding seiring  bertambahnya radius bawah dari gritcone. Hal  ini disebabkan semakin  besar radius bawah gritcone,  semakin  besar  sudut  impak  antara  batubara  dengan gritcone yang menyebabkan penipisan semakin berkurang [2].
Simulasi dilakukan dengan melakukan pembebanan berupa akselerasi tanpa rotasi pada node. Akselerasi tersebut akan membuat partikel mengalami pertambahan kecepatan hingga akhirnya bersentuhan dengan dinding gritcone dan menyebabkan abrasi.
Dari hasil simulasi ditemukan adanya area yang memiliki ketebalan dinding gritcone yang lebih rendah dibandingkan bagian lainnya. Bagian yang mengalami aus mengalami crack pada permukaannya karena proses abrasi dari partikel [3].

## IV. KESIMPULAN
Dari  hasil  dan  analisa  data  yang  dilakukan  dapat  diambil kesimpulan :
1. Radius  bawah  gritcone  berpengaruh  terhadap distribusi  ketebalan  dinding  gritcone.  Pada  simulasi dengan ketebalan dinding gritcone 0.01 m, ketebalan minimal  dinding  gritcone  terdapat  pada  gritcone dengan  radius  bawah  0.165  m,  dengan  ketebalan minimal  0.00998577  m  dan  ketebalan  maksimal 0.0099946 m, dengan pengurangan ketebalan sebesar 1.423x10 -5 m.  Ketebalan  maksimal  dinding  gritcone terdapat pada gritcone dengan radius bawah 0.365 m, dengan  ketebalan  minimal  0.00999149  m  dan ketebalan maksimal 0.00999502 m, dengan pengurangan ketebalan sebesar 8.51x10 -6 m.
2. Pada simulasi dengan ketebalan dinding gritcone 0.02 m, ketebalan  minimal dinding gritcone terdapat pada gritcone  dengan  radius  0.165  m,  dengan  ketebalan minimal  0.0199755  m  dan  ketebalan  maksimal 0.0199938 m, dengan pengurangan ketebalan sebesar 2.45x10 -5 m.  Ketebalan  maksimal  dinding  gritcone terdapat pada gritcone dengan radius bawah 0.365 m, dengan ketebalan minimal 0.019981 m dan ketebalan maksimal  0.0199895  m,  dengan  pengurangan ketebalan sebesar 1.9x10 -5 m.
3. Desain  gritcone  alternatif  yang  optimal  adalah gritcone  yang  mengalami  pengurangan  ketebalan dinding  gritcone  paling  kecil,  yaitu  dengan  radius bawah 0.365 m dengan ketebalan 0.01 m dan dengan radius bawah 0.365 m dengan ketebalan 0.02 m.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Thyssenkrupp Steel Europe. (2014). XAR® 400 Datasheet. Germany. [2] Ratia, V . (2015).  Behavior  of Martensitic Steels in Abrasion and  Impact Wear  Testing  Conditions.Finlandia  :  Tampere  University  of Technology
[3] Gaulco, Agustin. (2016). Study  of Abrasive Wear Resistence of  Fe-based Nanostructured  Hardfacing.Argentina  :  National  University  of Lamos de Zamora